Существует ли другая вселенная. Мультивселенная. Что мы о ней знаем? Люди думали о множественных вселенных с незапамятных времен
Как часто вы задумываетесь о том, как бы был устроен наш мир сегодня, если бы результат каких-то ключевых исторических событий был другим? Какой была бы наша планета, если бы динозавры, например, не вымерли? Каждое наше действие, решение автоматически становится частью прошлого. По сути дела, настоящего нет: все, что мы делаем в данную минуту, уже не изменить, оно записано в памяти Вселенной. Однако существует теория, согласно которой существует множество вселенных, где мы живем абсолютно другой жизнью: каждое наше действие связано с определенным выбором и, делая этот выбор на нашей Вселенной, в параллельной – «другой я» принимает противоположное решение. Насколько оправдана такая теория с научной точки зрения? Почему ученые прибегли к ней? Попробуем разобраться в нашей статье.
Многомировая концепция Вселенной
Впервые теорию о вероятном множестве миров упомянул американский физик Хью Эверетт. Он предложил свою разгадку одной из главных квантовых загадок физики. Перед тем как перейти непосредственно к теории Хью Эверетта, необходимо разобраться, что это за тайна квантовых частиц, которая не дает покоя физикам всего мира уже не один десяток лет.
Представим себе обычный электрон. Оказывается, в качестве квантового объекта он может находиться в двух местах одновременно. Это его свойство называют суперпозицией двух состояний. Но магия на этом не заканчивается. Как только мы захотим как-то конкретизировать местоположение электрона, например, попытаемся его сбить другим электроном, то из квантового он станет обычным. Как такое возможно: электрон был и в пункте А, и в пункте Б и вдруг в определенный момент перепрыгнул в Б?
Хью Эверетт предложил свою интерпретацию этой квантовой загадки. Согласно его многомировой теории, электрон так и продолжает существовать в двух состояниях одновременно. Все дело в самом наблюдателе: теперь он превращается в квантовый объект и разделяется на два состояния. В одном из них он видит электрон в пункте А, в другом – в Б. Существуют две параллельные реальности, и в какой из них окажется наблюдатель – неизвестно. Деление на реальности не ограничено числом два: их ветвление зависит лишь от вариации событий. Однако все эти реальности существуют независимо друг от друга. Мы, как наблюдатели, попадаем в одну, выйти из которой, как и переместиться в параллельную, невозможно.
Octavio Fossatti / Unsplash.com
С точки зрения этой концепции легко объясняется и эксперимент с самым научным котом в истории физики – котом Шредингера. Согласно многомировой интерпретации квантовой механики, несчастный кот в стальной камере одновременно и жив, и мертв. Когда мы раскрываем эту камеру, то как бы сливаемся с котом и образуем два состояния – живое и мертвое, которые не пересекаются. Образуются две разные вселенные: в одной наблюдатель с мертвым котом, в другой – с живым.
Стоит сразу отметить, что многомировая концепция не предполагает наличия множества вселенных: она одна, просто многослойная, и каждый объект в ней может находиться в разных состояниях. Такую концепцию нельзя считать экспериментально подтвержденной теорией. Пока что это всего лишь математическое описание квантовой загадки.
Теорию Хью Эверетта поддерживают физик, профессор австралийского университета Гриффита Говард Уайзман, доктор Майкл Холл из Центра квантовой динамики университета Гриффита и доктор Дирк-Андре Деккерт из Университета Калифорнии. По их мнению, параллельные миры действительно есть и наделены разными характеристиками. Любые квантовые загадки и закономерности – это последствие «отталкивания» друг от друга миров-соседей. Возникают эти квантовые явления для того, чтобы каждый мир был не похож на другой.
Концепция параллельных вселенных и теория струн
Из школьных уроков мы хорошо помним, что в физике есть две главные теории: общая теория относительности и квантовая теория поля. Первая объясняет физические процессы в макромире, вторая – в микро. Если обе эти теории использовать на одном масштабе, они будут противоречить друг другу. Кажется логичным, что должна существовать некая общая теория, применимая к любым расстояниям и масштабам. В качестве таковой физики выдвинули теорию струн.
Дело в том, что на очень мелких масштабах возникают некие колебания, которые похожи на колебания от обычной струны. Эти струны заряжены энергией. «Струны» – это не струны в прямом смысле. Это абстракция, которая объясняет взаимодействие частиц, физические постоянные величины, их характеристики. В 1970-х годах, когда теория зародилась, ученые считали, что она станет универсальной для описания всего нашего мира. Однако оказалось, что эта теория работает только в 10-мерном пространстве (а мы живем в четырехмерном). Остальные шесть измерений пространства просто сворачиваются. Но, как оказалось, сворачиваются не простым способом.
В 2003 году ученые выяснили, что сворачиваться они могут огромным количеством методов, и в каждом новом способе получается своя вселенная с разными физическими константами.
Jason Blackeye / Unsplash.com
Как и в случае с многомировой концепцией, теорию струн достаточно трудно доказать экспериментально. Кроме того, математический аппарат теории настолько труден, что для каждой новой идеи математическое объяснение нужно искать буквально с нуля.
Гипотеза математической вселенной
Космолог, профессор Массачусетского технологического института Макс Тегмарк в 1998 году выдвинул свою «теорию всего» и назвал ее гипотезой математической вселенной. Он по-своему решил проблему существования большого количества физических законов. По его мнению, каждому набору этих законов, которые непротиворечивы с точки зрения математики, соответствует независимая вселенная. Универсальность теории в том, что с ее помощью можно объяснить все разнообразие физических законов и значения физических постоянных.
Тегмарк предложил все миры по его концепции разделить на четыре группы. К первой относятся миры, находящиеся за пределами нашего космического горизонта, так называемые внеметагалактические объекты. Во вторую группу входят миры с другими физическими константами, отличными от постоянных нашей Вселенной. В третью – миры, которые появляются в результате интерпретации законов квантовой механики. Четвертая группа – это некая совокупность всех вселенных, в которых проявляются те или иные математические структуры.
Как отмечает исследователь, наша Вселенная не единственная, так как пространство безгранично. Наш мир, где мы живем, ограничен пространством, свет из которого дошел до нас за 13,8 миллиарда лет после Большого взрыва. Узнать о других вселенных достоверно мы сможем еще минимум через миллиард лет, пока свет от них достигнет нас.
Стивен Хокинг: черные дыры – путь в другую вселенную
Стивен Хокинг также является сторонником теории множества вселенных. Один из самых известных ученых современности в 1988 году впервые представил свое эссе «Черные дыры и молодые вселенные». Исследователь предполагает, что черные дыры – это дорога к альтернативным мирам.
Благодаря Стивену Хокингу мы знаем, что черным дырам свойственно утрачивать энергию и испаряться, выпуская при этом излучение Хокинга, получившее имя самого исследователя. До того, как великий ученый сделал это открытие, научное сообщество полагало, что все, что каким-либо образом попадает в черную дыру, исчезает. Теория Хокинга опровергает это предположение. По мнению физика, гипотетически любая вещь, предмет, объект, попавший в черную дыру, вылетает из нее и попадает в иную вселенную. Однако такое путешествие является движением в один конец: обратно вернуться никак нельзя.
Это был спокойный день. Никто не нападал на замок, никто не угрожал внеземным существам. Паладины просто отдыхали. Пидж чинила и изучала руку Широ, Ханк с Китом что-то делали на кухне, возможно, Ханк учил Кита готовить. Коран был с мышами и они развлекались, а Аллуре было вовсе не до игр и она была в своей комнате, думая только о спасении мира и накручивая себя ещё сильнее. Что же делал Лэнс? Он тоже был в своей комнате, накручивает он себя больше всего, хоть и кажется при всех весельчаком. Он, как и Аллура, думает о спасении галактики и его народа. Но, этот простой парень скучает по своей родной планете и хочет как можно быстрее к семье, к морю, где его ждут. С ребятами весело, однозначно, но также идут войны и Лэнс боится потерять кого-то из них. И этот парень плакал, да, такой сильный и, кажется, несломленный парень плакал. Лэнса замучила жажда и сухость во рту, он из своего синего халата надел футболку и джинсы, чтобы сходить за водой. Проходя мимо комнаты Аллуры он заметил, что дверь не полностью закрыта. Он не зная почему, но решил украдкой посмотреть на спящую Аллуру, может его самого это успокоит, ведь ещё не видел её спящей. Лэнс удивился, вместо спящей Принцессы он увидел уставшую до боли обычную девушку, которая много всего перенесла, потеря родного дома и семьи. У беловолосой девушки были красные глаза, было ясно, что она плакала и плакала много, одета она была не в платье, а в свой свободный наряд, волосы полностью распущены. Лэнс знает только сильную Аллуру, которую ничто не удержит и поднимет всё самое тяжелое. Он не думая решился ворваться в комнату с криком: -А как дела у самой прекрасной Принцессы в Галактике? Аллура удивленно посмотрела на него с заплаканными глазами и быстро вытерла глаза своей рукой. -Кхм, Лэнс, а стучать никто не учил? -Охх, прости, мне так хотелось тебя увидеть, что не удержался. Аллура угрюмо посмотрела на обеспокоенного и запыхавшегося Лэнса, но через пару секунд на её лице появилась мягкая улыбка, её редко кто может рассмешить. Лэнс был так счастлив, что она улыбается. Парень решил оглядеться в комнате, было не так светло и нет окон. Небольшую комнату освещала синяя лампа, похожая на земную подсветку, было очень эстетично и красиво у неё, всё прибрано и ничто не валяется. Парень заметил, что у девушки есть большая косметичка в сумке, которая была не закрыта на молнию, алтеянка никогда не красилась, он считает её и так красавицей, но всё же решил спросить: -Аллура, слушай, почему ты никогда не красишься, раз у тебя есть косметика? -Не вижу смысла, мне её дарили друзья родителей, когда у меня были дни рождения.... Но на самом деле я не умею краситься- последнее предложение она произнесла довольно тихо, что Лэнс не услышал. -Хммм. - Лэнс задумался и решил предложить её накрасить, раньше он красил своих младших сестер, когда они играли, Аллура отказывала, парень он был настойчив и ей пришлось сдаться. Лэнс сел на её кровать в позе лотоса и доставал с её сумки подводку. Только прикоснувшись Принцесса засмеялась. -Лэнс, это щекотно! -Терпи! Мы должны тебя полностью преобразить. -Мы...? - она посмотрела ему прямо в глаза, он сказал это так, будто они вместе что-то особенное, не команда, а нечто большее, у них была небольшая пауза и оба вогнали себя в краску, не показав это друг другу, но их сердца бешено бились. Аллура мигом закрыла глаза -Х-хорошо, я постараюсь сдержаться... Парень тихо вздохнул и продолжил. Пока он красил ей глаза они вели беседу, Лэнс и Аллура рассказывали друг другу о своих планетах, Аллура об Алтеи, а Лэнс о Земле. Он пообещал, что покажет ей дождь - самое незабываемое чувство. Аллуре так нравились его рассказы, она ещё никогда подобного не видела. -Так, Аллура не открывай глаза, сейчас достану помаду. -Ладно-ладно. Лэнс не знал, какого цвета взять помаду, ей ведь всё подойдет. Он решил взять красную, он сочетается с тем, что Аллура сильная девушка. -Лэнс, всё? Парень уставился на губы Принцессы, он смотрит на её мягкие губы и хочет поцеловать её, но сдерживает себя. Он считается с чувствами других и знает, что она к нему ничего не испытывает. -Лэнс, ну хватит, мне интересно, что ты там намазюкал. - с улыбкой на лице она сказала ему. И всё же он так сильно её любит и он серьезен к своим чувствам, он действительно её любит, не только за красоту, как все думают, но и за всё. Он видит, как она старается, он замечает всё. -Прости меня, если сможешь, но я серьезен... - тихо сказал Лэнс. -За что, Лэнс? Я не пони... - не успев докончить парень взял её за щеки и поцеловал девушку. Этот поцелуй был нежный, потому что это был его первый поцелуй, как и её. Лэнс открыл глаза, захотел посмотреть на реакцию девушки, она в недоумении и в комнате тихо, что аж слышно стук двух сердец. Они сидя на кровати смотрят на друг друга, Аллура видит, что теперь у обоих красная помада на губах. Лэнс решил продолжить, целуя он прижал её к стене, прикрыв её голову своей рукой. Правой рукой прижимает её талию, левой гладит её волосы, похожие на паутину, но гладкие, как море. Аллура даже не останавливает его, она вовсе не против. Она тоже всегда наблюдала за Лэнсом, за каждым его действие и видела, что с улыбающегося лица медленно сползает улыбка и он становится грустным. Они с разных вселенных, но так похожи. Лэнс останавливается и в его рту больше нет сухости. Он так и не сходил за водой, для него глотком была Аллура и разговор с ней. Лэнс решает встать с кровати. -Извини, может мне не следовало... Он собирает уйти, но Аллура потянула его рукав на себя. -Я не против, если ты останешься...-отвернув смущенный взгляд она сказала это. Парень мягко улыбнулся, снова сел рядом с ней на кровать, захватил в свои объятия и они обнявшись лягнули спать. Так прошел день Лэнса и Аллура, а ответ к друг другу они и так знают.
Еще до появления Эверетта и его идеи множественных вселенных, физики оказались в тупике. Им приходилось использовать один набор правил для субатомного мира, который подвластен квантовой механике, и другой набор правил для крупномасштабного повседневного мира, который мы можем видеть и осязать. Сложности перехода от одного масштаба к другому скручивают мозги ученых в причудливые формы.
Например, в квантовой механике частицы не имеют определенных свойств, пока на них никто не смотрит. Их природа описывается так называемой волновой функцией, включающей все возможные свойства, которые может иметь частица. Но в отдельно взятой вселенной все эти свойства не могут существовать одновременно, поэтому когда вы смотрите на частицу, она принимает одно состояние. Эта идея метафорически изображается в парадоксе с котом Шредингера - когда кот, сидящий в ящике, одновременно жив и мертв, пока вы не откроете коробку для проверки. Ваше действие превращает кота в теплого и живого либо в чучело. Впрочем, .
В мультивселенной вам не нужно беспокоиться о том, что вы можете убить кошку своим любопытством. Вместо этого всякий раз, когда вы открываете окно, реальность распадается на две версии. Непонятно? Соглашусь. Но где-то там может быть другая версия события, которое только что произошло у вас на глазах. Где-то там оно не произошло.
Осталось выяснить, какие причины нашли ученые, чтобы привязать эту невероятную теорию к фактам.
Таким образом реальность может быть бесконечной
В интервью 2011 года физик Колумбийского университета Брайан Грин, написавший книгу «Скрытая реальность: параллельные вселенные и глубокие законы космоса», объяснил, что мы не совсем уверены в том, насколько большая вселенная. Она может быть очень, очень большой, но конечной. Или же, если отправиться с Земли в любом направлении, космос может тянуться вечно. Примерно так большинство из нас его и представляет.
Но если космос бесконечен, он должен быть множественной вселенной с бесконечными параллельными реальностями, по мнению Грина. Представьте, что вселенная и все вещество в ней эквивалентны колоде карт. Точно так же, как в колоде 52 карты, будет ровно столько же различных форм вещества. Если перемешивать колоду достаточно долго, в конечном итоге порядок карт повторит изначальный. Аналогичным образом, в бесконечной вселенной вещество в конечном счете повторится и организуется подобным образом. Множественная вселенная, так называемый мультиверс, с бесконечным числом параллельных реальностей содержит похожие, но слегка другие версии всего, что есть, и обеспечивает таким образом простой и удобный способ объяснить повторение.
Так можно объяснить, как начинается и заканчивается Вселенная
У людей есть особенная страсть - и связана она с умением мозга формировать схемы - мы хотим знать начало и конец каждой истории. В том числе и истории самой вселенной. Но если Большой Взрыв был началом вселенной, что его вызвало и что существовало до него? Ждет ли вселенную конец и что будет после него? Этими вопросами хоть раз задавался каждый из нас.
Мультиверс может объяснить все эти вещи. Некоторые физики предполагали, что бесконечные регионы мультиверса можно называть мирами-бранами. Эти браны существуют во множественных измерениях, но мы не можем их обнаружить, поскольку способны воспринимать только три размерности пространства и одну - времени в нашем собственном мире-бране.
Некоторые физики считают, что эти браны как плиты громоздятся вместе, будто нарезанный хлеб в пакете. Большую часть времени они разделены. Но иногда сталкиваются. Теоретически, эти столкновения достаточно катастрофичны, чтобы вызвать повторяющиеся «большие взрывы» - так, чтобы параллельные вселенные начинались заново, снова и снова.
Наблюдения предполагают, что множественные вселенные могут существовать
Планковская орбитальная обсерватория Европейского космического агентства собирает данные о космическом микроволновом фоне, или CMB, - фоновом излучении, которое до сих пор светится со времен первой и горячей стадии существования Вселенной.
Ее исследование также привело к возможным свидетельствам существования мультивселенной. В 2010 году группа ученых из Великобритании, Канады и США обнаружила четыре необычных и маловероятных круговых узора в CMB. Ученые предположили, что эти метки могут быть «синяками», которые остались на теле нашей Вселенной после столкновения с другими.
В 2015 году исследователь ЕКА Ранг-Рам Хари сделал аналогичное открытие. Хари взял модель CMB из небесной картинки обсерватории, а затем удалил все остальное, что мы о ней знаем - звезды, газ, межзвездную пыль и так далее. В этот момент небо должно было стать по большей части пустым, не считая фонового шума.
Но не стало. Вместо этого в определенном диапазоне частот Хари смог обнаружить рассеянные пятна на карте космоса, области, которые были примерно в 4500 раз ярче, чем должны были быть. Ученые придумали еще одно возможное объяснение: эти участки - это отпечатки столкновений между нашей Вселенной и параллельной.
Хари считает, что если мы не найдем другой способ объяснить эти отметины, «придется сделать вывод, что Природа, в конце концов, может играть в кости, и мы лишь одна случайная вселенная среди множества других».
Вселенная слишком большая, чтобы исключать возможность существования параллельных реальностей
Есть вероятность, что множественные вселенные существуют, хотя мы и не видели параллельных реальностей, потому что мы не можем опровергнуть ее существование.
Сперва может показаться, что это ловкий риторический трюк, но подумайте о следующем: даже в нашем мире мы нашли много вещей, о существовании которых раньше не подозревали, и эти вещи происходили - глобальный кризис 2008 года является хорошим примером. До него никто не думал, что это вообще возможно. Дэвид Хьюм назвал такого рода события «черными лебедями»: люди будут считать, что все лебеди - белые, пока не увидят черных лебедей.
Масштабы Вселенной позволяют задуматься о возможности существования множественных вселенных. Мы знаем, что вселенная очень и очень большая, возможно, бесконечная в своих размерах. Это значит, что мы не сможем обнаружить все существующее во вселенной. И поскольку ученые определили, что Вселенной примерно 13,8 миллиарда лет, мы можем обнаружить лишь тот свет, который успел дойти до нас за это время. Если параллельная реальность находится дальше, чем за 13,8 светового года от нас, мы можем никогда не узнать о ее существовании, даже существуй она в различимых нами размерностях.
Множественные вселенные имеют смысл с точки зрения атеизма
Как объяснил в интервью 2008 года физик Стэнфордского университета Андрей Линде, если бы физический мир подчинялся несколько другим правилам, жизнь не смогла бы существовать. Если бы протоны были на 0,2% массивнее, чем сейчас, например, они были бы настолько нестабильными, что распадались бы на простые частицы мгновенно без образования атома. И если бы гравитация была чуточку мощнее, результат был бы чудовищным. Звезды вроде нашего солнца сжимались бы достаточно плотно, что выжигали бы свое топливо за несколько миллионов лет, не давая шанса образоваться планетам типа Земли. Это так называемая «проблема тонкой настройки».
Некоторые видят в этом точном равновесии условий доказательство участия всемогущей силы, высшего существа, которое создало все, чем сильно гневят атеистов. Но возможность существования мультиверса, в котором эта сила просто будет в отдельной реальности со всеми необходимыми для жизни факторами, вполне их устраивает.
Как говорил Линде, «для меня реальность множества вселенных логически возможна. Можно сказать: возможно, это некое мистическое совпадение. Возможно, Бог создал Вселенную для нашего блага. Я ничего не знаю о Боге, но вселенная сама по себе могла бы воспроизводить себя бесконечное число раз во всех возможных проявлениях».
Путешественники во времени не могут нарушить историю
Популярность трилогии «Назад в будущее» заставила многих увлечься идеей путешествий во времени. С тех пор как фильм вышел на экране, никто пока не разработал DeLorean, способный перемещаться взад и вперед во времени, на десятилетия или века. Но ученые считают, что путешествие во времени может быть хотя бы теоретически возможно.
И если оно возможно, мы могли бы оказаться в таком же положении, что и главный герой «Назад в будущее» Марти Макфлай - рискуя непреднамеренно изменить что-то в прошлом, тем самым изменив будущее и ход истории. Макфлай случайно помешал своим родителям встретиться и влюбиться, тем самым успешно убрав себя с семейных фотоснимков.
Однако в статье 2015 года было высказано предположение, что существование мультиверса не делает такие хлопоты обязательными. «Существование альтернативных миров означает, что нет и единой хронологии, которую можно нарушить», писал Георг Дворски. Напротив, если человек отправится в прошлое и что-то изменит, он просто создаст новый набор параллельных вселенных.
Мы могли бы быть симуляцией для развитой цивилизации
Все эти темы о параллельных вселенных, которые мы обсудили на текущий момент, были крайне интересны. Но есть еще кое-что любопытное.
В 2003 году философ Ник Бостром, директор Института будущего человечества при Оксфордском университете, задался вопросом, может ли все, что мы воспринимаем как реальность - в частности, нашу отдельную параллельную вселенную, - быть просто цифровым моделированием другой вселенной. По Бострому, понадобится 10 36 вычислений, чтобы создать подробную модель всей человеческой истории.
Неплохо развитая инопланетная цивилизация - существа, технологический уровень которых заставит нас выглядеть пещерными жителями палеолита, - вполне могла бы располагать достаточным объемом вычислительной мощности для этого всего. Более того, моделирование каждого отдельно живущего человека не потребует каких-то совсем головокружительных электронных ресурсов, поэтому смоделированных на компьютере существ может быть намного больше реальных.
Все это может означать, что мы живем в цифровом мире, как из фильма «Матрица».
Но что будет, если эта развитая цивилизация сама будет симуляцией?
Люди думали о множественных вселенных с незапамятных времен
Доказать это будет крайне сложно. Но здесь нельзя не припомнить старые высказывания, которые приписывают то Пикассо, то Сюзан Зонтаг: если ты можешь что-то вообразить, оно должно существовать.
И в этом что-то есть. В конце концов, задолго до того, как Хью Эверетт потягивал свой коньяк, множество людей на протяжении всей истории человечества воображали различные версии мультиверса.
Древние индийские религиозные тексты, например, заполнены описаниями множества параллельных вселенных. И у древних греков была философия атомизма, в которой утверждалось, что существует бесконечное множество миров, рассеянных в такой же бесконечной пустоте.
В Средние века также поднимались идеи множественных миров. Парижский епископ в 1277 году утверждал, что греческий философ Аристотель ошибался, говоря, что существует только один возможный мир, потому что это ставит под сомнение всемогущую силу Бога, способного создать параллельные миры. Эту же идею воскресил в 1600-х годах Готфрид Вильгельм Лейбниц, один из столпов научной революции. Он утверждал, что существует много возможных миров, каждый из которых наделен отдельной физикой.
Все это вписывается в нашу схему знаний о Вселенной
Каким бы странным ни казалось понятие мультиверса, в некотором роде оно вписывается в прогресс современной истории и в то, как люди видят себя и вселенную.
В 2011 году физики Александр Виленкин и Макс Тегмарк отмечали, что люди западной цивилизации постепенно успокаивались по мере того, как открывали природу реальности. Они начали с мышления, по которому Земля была центром всего. Выяснилось, что это не так, и что наша - лишь крошечная часть Млечного Пути.
Мультивселенная должна довести эту идею до логического конца. Если мультивселенная существует, это значит, что мы не избранные и что существуют бесконечные версии нас самих.
Но некоторые полагают, что мы только в самом начале пути к расширению сознания. Как писал физик-теоретик Стэнфордского университета Леонард Сасскинд, может быть, через пару столетий философы и ученые будут оглядываться назад, на наше время, как на «золотой век, в котором узкая провинциальная концепция Вселенной 20 века сменилась большей и лучшей мультивселенной ошеломляющих пропорций».
Планеты, звезды, галактики - человек давно вглядывается в ночное небо в поисках других миров, но теперь ставки повысились. Ученым стало тесно в родной реальности, и они ищут признаки других вселенных в реликтовом излучении - самом древнем сигнале, испущенном тысячелетия спустя Большого взрыва. Зачем это нужно и что уже получилось - в материале «Чердака».
Созвездие Большой Медведицы - семь ярких звезд, рисующих гигантский ковш, и десятки тусклых бусин, разбросанных между ними. На этом лоскуте небесной ткани в 2016 году космический телескоп «Хаббл» разглядел крошечное красноватое пятно неправильной формы - галактику GN-z11.
Эта галактика - самый удаленный от Земли астрономический объект, который фиксировали люди. Свет, пойманный «Хабблом», GN-z11 испустила 13,4 млрд лет назад, задолго до появления Солнечной системы - на заре формирования Вселенной. Так давно, что за время космического путешествия этого сигнала сама галактика из-за расширения Вселенной убежала от нас на расстояние более 30 млрд световых лет.
GN-z11 - наш форпост на границе с космической неизвестностью. Вселенная существует около 13,8 млрд лет, а свет GN-z11 родился спустя 400 миллионов лет после Большого взрыва. Если перевести всю историю Вселенной на 24 часа земных суток - это где-то в половине первого ночи. Поэтому увидеть объекты, удаленные от Земли намного дальше GN-z11, нереально - свет даже самых первых секунд их существования до нас не дошел.
Что находится за этой завесой времени, можно только гадать. Скорей всего, там тоже есть свои галактики, луны и атомы, разделенные бесконечными пустотами и закрученные теми же (или немного другими) законами физики.
Казалось бы, какой простор для фантазии. Забраться на удаленный мыс на краю света и под шум прибоя представлять себе другую Землю, населенную людьми. Они в триллионах световых лет от нас, там, посреди иного молчания Вселенной, тоже думают, что одиноки в этом мире, и еще не знают, что однажды наши одиночества встретятся. Но ученым мало таких фантазий - вместо вестей с других космических континентов нашего мира они ищут на ночном небе нечто другое. Признаки других вселенных и других миров.
Небесная гармония
Иоганн Кеплер, немецкий астроном, живший на рубеже XVI и XVII веков, был помешан на одной странной идее: он считал, что в шести планетах Солнечной системы, известных в его время, идеально воплощается гармония божественного замысла. Он обрабатывал данные наблюдений другого астронома, Тихо Браге, и старался свести траектории планет к пяти «платоновым телам» - правильным многогранникам, описанным еще древними греками.
К концу XVI века небесная головоломка сложилась. Кеплер опубликовал книгу Mysterium Cosmographicum («Тайна мироздания »), в которой орбиты шести известных тогда планет складывались в стройную геометрическую систему, напоминающую матрешку. Орбита Сатурна (самой дальней на то время планеты) была окружностью на поверхности шара, описанного вокруг куба, внутри этого куба был другой шар с орбитой Юпитера, а внутрь уже юпитерианского шара был вписан тетраэдр - и так далее с идеальным чередованием шаров, вложенных в пять разных многогранников. Полная гармония тел земных и тел небесных.
Прошло несколько лет, и космическая красота Кеплера несколько поблекла. Сначала критики подметили, что небесные сферы и многогранники вписываются друг в друга неаккуратно, а потом сам Кеплер показал, что орбиты планет представляют собой не окружности, а эллипсы, и, разочарованный своими прошлыми идеями, переключился на другую задачу: теперь он искал зашифрованную небесную гармонию в величинах этих эллипсов.
Но время расставило все по местам: ни в формах орбит, ни в их размерах не нашлось никаких зашифрованных закономерностей, скрывающих истинную природу вещей. Только хаос космической пыли, собравшейся в случайные сгустки материи. Импровизация природы с единственным правилом - не забывать про всемирное тяготение и несколько других законов, описывающих мир.
В физических уравнениях встречаются разные константы, значения которых нельзя вывести из других законов, а можно только запомнить. Скорость света, постоянная Планка, элементарный заряд - странные угловатые числа, будто свалившиеся на нас из ниоткуда. Настоящий фатум.
Многим людям это не по душе, и они пытаются найти константам объяснение. Кто-то за недостатком математического образования ищет тайные шифры природы, другие - пишут сложные уравнения теории струн и квантовой гравитации, чтобы получить значения постоянных из других законов, а третьи просто вытесняют этот вопрос куда-нибудь подальше из своего сознания, чтобы не повторить ошибку Кеплера, всю жизнь искавшего разумное объяснение случайности.
Но ничем хорошим эти стратегии пока не оборачиваются. Вывести константы ни у кого пока не получается, а молчаливо считать их значения простой случайностью несколько странно: они слишком хорошо подобраны друг под друга. Взять ту же темную энергию: будь ее чуть меньше, ничто бы не помешало гравитации схлопнуть всю материю в одну бесконечно плотную сингулярность , а чуть больше - и под воздействием темной энергии расширялись бы не только свободные от материи, пустые участки Вселенной, но и все небесные тела, атомы которых постепенно растеклись бы по всему миру.
Такая тонкая настройка фундаментальных констант ставит перед необычным выбором: наш мир и его законы становятся в первом приближении либо невероятной случайностью, либо следствием разумного замысла. Одним из способов обойти эту дилемму может быть гипотеза Мультивселенной, по которой в реальном мире существует гораздо больше, быть может даже бесконечное число разных вселенных, и в каждой из них действуют свои законы физики со своими наборами констант: где-то они совершенно не подходят для зарождения разумной жизни, а где-то как будто специально подогнаны под то, чтобы миллионы атомов материи однажды собрались в странноватый, как будто разумный агломерат и задались вопросом: «Где же тогда искать эти другие вселенные, если они так нам нужны?»
Пена вселенных
Как водится, разные ученые под словом «Мультивселенная» понимают совершенно разные вещи. Одни ищут другие вселенные на бранах - многомерных объектах из теории струн, другие верят во вселенные, рожденные с обратной стороны черных дыр. А третьи предлагают присмотреться к рождению нашей собственной Вселенной, и пока их подход гораздо продуктивнее остальных.
О рождении нашего мира пока известно мало. Где, как, кто родители - никаких документов или свидетелей, способных рассказать о том, почему появилась наша Вселенная и было ли что-нибудь до нее, у нас нет. Но зато по некоторым особенностям взрослой Вселенной ученые могут предположить, что происходило буквально в первые моменты ее жизни, восстановить первый космический вдох мира.
Это называется теорией инфляции. В 80-е года прошлого века физики построили модель, по которой уже через 10 -42 секунды после начала времени наша Вселенная начала расширяться так быстро, что за какие-то исчезающие доли секунды кусочек пространства размером с маленький, обласканный прибоем камушек растянулся до огромного видимого нам пузыря диаметром в миллиарды световых лет.
Тогда это пространство было наполнено только чистой энергией, которая непрерывно накачивалась откуда-то из неизвестного источника (ее тоже называют темной энергией, но, по-видимому, она несколько другой природы, чем современная темная), а потом энергия внезапно распалась и превратилась в кварки, фотоны, электроны и другие привычные нам частицы - это случилось через 10 -36 секунды после рождения Вселенной, а сам Большой взрыв сейчас часто называют последствием инфляции.
Странно, но эта фантастическая теория неплохо описывает некоторые особенности нашей современной Вселенной, с которыми не могли справиться предыдущие модели:
- Почему видимая нам Вселенная плоская?
Расширение шло так быстро, что радиус кривизны мира увеличился почти до бесконечности.
- Почему она однородна на больших космических масштабах?
Вселенная родилась из маленького кусочка пространства, который за мимолетное время расширения просто никак не мог потерять однородность.
- Почему во Вселенной есть только небольшие локальные флуктуации плотности?
Вселенная была настолько мала, что имела полное право называться квантовым объектом, а значит, в ней были квантовые флуктуации вакуума, подхваченные потом инфляцией и раздутые до первичных флуктуаций плотности материи, из которых за миллиарды лет последующей эволюции уже сформировались все крупные структуры.
В этой истории рождения Вселенной как всегда много фундаментальных вопросов: из-за чего началась инфляция, что ее подпитывало, почему она закончилась. Ученые ищут на них ответы, но часто вместо этого получают совершенно неожиданные результаты. Так, один из главных авторов теории инфляции советский физик Андрей Линде (сейчас он уже давно живет и работает в США) в 1983 году сформулировал теорию хаотической инфляции, в которой показал, что невероятное расширение пространства совсем не обязано заканчиваться в других частях нашего мира и уж точно вряд ли происходило только один-единственный раз.
По Линде весь мир - это Мультивселенная, огромное, безграничное пространство, заполненное загадочной энергией, которая в любой случайный момент времени может сгуститься в крошечной точке, чтобы инфляцией раздуть ее до гигантского пузыря Вселенной с начинкой из разнообразной эволюционирующей материи. Так могла родиться наша Вселенная, а параллельно где-нибудь неподалеку от нее - всего в нескольких триллионах световых лет - мог сгуститься один, второй, третий пузырь иных вселенных.
В теории инфляции гипотеза Мультивселенной выглядит уже не уловкой, единственным удобным выходом из дилеммы фатальной случайности и замысла, а получается логическим математическим путем: если человек принимает теорию инфляции, то он должен принять и другие вселенные. Не всем это нравится. Например, американский космолог Пол Стейнхардт, который участвовал в проработке некоторых деталей теории инфляции, после выхода на сцену других вселенных разочаровался в своих взглядах и теперь говорит, что Мультивселенная просто похоронила его любимую теорию.
Многие его коллеги более романтичны и для всей этой истории придумали даже красивую метафору «пены вселенных»: морской берег и волны в безвестной дали, шум прибоя, треск цикад - мы живем в маленьком пузырьке посреди огромной Мультивселенной.
Смутные воспоминания
Увидеть, услышать, почувствовать иные вселенные непросто. Другие законы физики, другие константы - быть может, даже не подозревающие об электромагнитных волнах, на которых построено наше зрение, - наконец, огромные расстояния между разными пузырями вселенных. Получить сигнал о том, что прямо сейчас происходит в параллельном мире, кажется просто нереальным, но можно поступить по-другому - заглянуть в прошлое. Как континенты, разделенные океанами, хранят следы общего прошлого в узорах береговых линий, так и данные о прошлом нашей Вселенной могут скрывать другие миры. Поэтому в поисках других вселенных ученые пристально смотрят на реликтовое излучение - первое воспоминание нашей собственной Вселенной.
Сразу после окончания инфляции Вселенная была заполнена настолько горячим и плотным веществом, что фотоны не могли пройти через него далеко и постоянно рассеивались и переизлучались. Будь в том мире разумный наблюдатель (способный жить при невероятно высоких температурах и с целым букетом других космических ограничений), он бы видел только то, что происходит в непосредственной близости от него. Но Вселенная постепенно расширялась и остывала, и спустя 300 тысяч лет после Большого взрыва Вселенная внезапно стала прозрачна для света на больших расстояниях.
Реликтовое излучение - это первые фотоны, излученные тогда в самых далеких уголках Вселенной и спустя миллиарды лет наконец дошедшие до Земли. Мы не знаем, как и где родилась наша Вселенная, но зато можем разглядывать это первое воспоминание, выходящее из-под завесы младенческого беспамятства, чтобы в нем отыскать смутные отзвуки пропавших братьев и сестер нашего мира.
Реликтовое излучение почти полностью однородно: из каждой точки удаленной Вселенной к нам приходит равномерный тепловой шум, как от тела с температурой 2,7 К. Однако в этом сигнале все-таки есть крошечные флуктуации - небольшие перепады температуры, которые считают своеобразным отпечатком самых первых квантовых флуктуаций плотности вещества, посеянных во время инфляции. В этих неоднородностях и пытаются найти свидетельства Мультивселенной.
Здесь есть две основные стратегии. Одни ученые ищут следы физического столкновения двух пузырей вселенных. Другие прибегают к более сложным логическим конструкциям. Например, американский космолог Лаура Мерсини-Хоутон (Laura Mersini-Houghton) считает, что соседние вселенные в первые моменты своего существования не только подчинялись законам квантовой механики, но и были между собой, поскольку родились в общем пространстве Мультивселенной - их характеристики зависели друг от друга.
В 2008 году Мерсини-Хоутон вместе с коллегами даже сформулировала девять признаков такой созависимости, которые можно отыскать с помощью различных физических наблюдений. Восемь из них приходятся на реликтовое излучение (например, в нем должна быть асимметрия между южной и северной полусферами неба), а девятым свидетельством Мультивселенной должен был стать провал гипотезы суперсимметрии в экспериментах на Большом адронном коллайдере.
Дальше все развивалось несколько противоречиво. В одних работах можно найти экспериментальные подтверждения каждому из девяти признаков, а в других - их опровержения. Например, гипотеза Мультивселенной по выводам Мерсини-Хоутон автоматически означает наличие так называемого темного потока - согласованного движения большой группы галактик, а мнения разных экспериментальных групп по этому вопросу сильно отличаются: одни показывают, что данные реликтового фона темный поток подтверждают , а другие - наоборот, опровергают . Так что реликтовое воспоминание пока кажется все-таки слишком размытым, чтобы делать по нему достоверные выводы о родственниках нашего мира.
Мультивселенная пока остается только симпатичной гипотезой, помогающей разобраться с некоторыми противоречиями и одновременно насладиться волнующей перспективой. Там, где-то в ласковой пене Мультивселенной, существовал или прямо сейчас существует другой пузырь разреженной материи - со своей галактикой Млечный Путь, Солнечной системой и своим Иоганном Кеплером, мечтающим о небесной гармонии. Красиво, завораживающе и в высшей степени под вопросом - как легенды об Атлантиде и других затонувших материках.
Вне зоны доступа
Самая показательная история здесь - это случай с реликтовым холодным пятном, большой областью в созвездии Эридан, температура излучения которой на 70 микрокельвинов меньше средней температуры реликтового излучения. Это совсем немного для значения в 2,7 кельвина, но почти в четыре раза больше средних флуктуаций температуры по всему реликтовому излучению, которые составляют около 18 микрокельвинов.
Холодное пятно было в списке Мерсини-Хоутон, но позже другие ученые нашли ему интерпретацию попроще. Аномалия реликтового фона объяснялась гигантским супервойдом протяженностью в 1,8 миллиарда световых лет - областью, лишенной галактик или других крупных скоплений материи, расположенной на пути света, бегущего от холодного пятна к Земле.
Однако в этом году группа астрофизиков из Даремского университета заявила , что такое рациональное объяснение нереально. Ученые собрали данные о семи тысячах галактик в окрестностях холодного пятна и показали, что характер их движения полностью исключает возможность существования гигантского супервойда. Вместо этого данные указывают, что эта область заполнена маленькими войдами, разделенными галактиками и скоплениями галактик.
Однако эта структура, в отличие от отвергнутого супервойда, объясняет холодное пятно уже с большим трудом: по подсчетам исследователей, есть всего один шанс из пятидесяти, чтобы при такой расстановке масс в реликтовом излучении могла случайно получиться такая аномалия.
И тут показательна реакция авторов исследования на необъяснимое: «Самое впечатляющее следствие нашей работы в том, что холодное пятно, возможно, вызвано столкновением нашей Вселенной с пузырем другой вселенной. Если в дальнейшем анализ реликтового излучения это подтвердит, то холодное пятно может быть принято как первое свидетельство Мультивселенной». Моментальный, кажется, почти рефлекторный ход: не видишь способа объяснить данные законами этого мира - задействуй Мультивселенную. Магнетической силы притяжения идея, почти недоступная строгой проверке.
Впрочем, все ли, что существует в реальности, должно иметь надежное воплощение в цифрах и измерениях? Если миллиарды лет спустя в нашей Вселенной вдруг станет еще немного больше темной энергии, чем сейчас, то ускоренное расширение пространства начнет растаскивать даже гравитационно связанные между собой объекты - например, соседние галактики. И в один прекрасный день за горизонт небытия уйдет последняя звезда за пределами Млечного Пути. Свет других галактик больше никогда не заблестит на ночном небосклоне. Вряд ли тогда наши отдаленные потомки поверят, что в мире существуют Большие и Малые Магеллановы облака, галактика Андромеды и тем более GN-z11 - красноватая точка на самой границе видимого сегодня мира.
Михаил Петров
